Uran kann sowohl durch geogene als auch anthropogene Vorgänge in die Umwelt gelangen. Dazu zählen natürliche Uranerzvorkommen und deren Leaching sowie die Auswaschung von Uran aus den Hinterlassenschaften des ehemaligen Uranerzbergbaus. Die Aufklärung des Verhaltens von Uran in der Geo- und Biosphäre ist für eine Risikoabschätzung des Migrationsverhaltens von Radionukliden in der Umwelt notwendig. Algen sind in der Natur weit verbreitet und die wichtigste Organismengruppe in den aquatischen Lebensräumen. Durch ihre ubiquitäre Verbreitung in der Natur ist ihr Einfluss auf das Migrationsverhalten von Uran in der Umwelt von grundlegendem Interesse z.B. um effektive und wirtschaftliche Remediationsstrategien für Wässer zu entwickeln. Außerdem stehen Algen am Beginn der Nahrungskette und spielen eine wirtschaftlich relevante Rolle als Nahrung beziehungsweise Nahrungsergänzungsmittel. Die Möglichkeit des Transfers von algengebundenem Uran entlang der Nahrungskette könnte eine ernsthafte Gesundheitsgefahr für den Menschen darstellen. Das Ziel dieser Arbeit war die quantitative und strukturelle Charakterisierung der Wechselwirkung zwischen Uran(VI) und der Grünalge Chlorella vulgaris im umweltrelevanten Konzentrations- und pH-Wertbereich unter besonderer Berücksichtigung der Stoffwechselaktivität. Die in dieser Arbeit erzielten Ergebnisse der Sorptionsexperimente zeigen deutlich den maßgeblichen Einfluss des Stoffwechselstatus von Chlorella auf die Wechselwirkung mit Uran. So kann in Gegenwart von umweltrelevanten Urankonzentrationen eine Remobilisierung von zuvor passiv gebundenem Uran durch die stoffwechselaktiven Algen erfolgen. Die in Abhängigkeit von der Stoffwechselaktivität, der Urankonzentration und dem pH-Wert mit den Algenzellen gebildeten Uran(VI)-Komplexe wurden strukturell mit Hilfe der spektroskopischen Methoden TRLF-, EXAFS- und ATR-FTIR-Spektroskopie charakterisiert. Mittels TEM konnte Uran in Form von 30-70 nm großen nadelförmigen Ablagerungen in der Zellwand der lebende Algenzellen nachgewiesen werden. Die in dieser Arbeit erhaltenen Ergebnisse leisten einen wichtigen Beitrag zur Vorhersage des Migrationsverhaltens von Uran unter umweltrelevanten Bedingungen und der radiologischen Risikobewertung von geogen und anthropogen auftretendem Uran.

Dissertação (mestrado) - Universidade Federal de Santa Catarina, Centro de Ciências Agrárias. Programa de Pós-Graduação em Ciência dos Alimentos. / Made available in DSpace on 2012-10-26T12:33:48Z (GMT). No. of bitstreams: 1 303103.pdf: 2097012 bytes, checksum: 723a0292e37771449437e286b09bf76c (MD5) / O objetivo deste trabalho foi avaliar as propriedades físicoquímicas da biomassa de Chlorella vulgaris em um meio à base de concentrado de dessalinização proveniente do processo de dessalinização de águas subterrâneas na comunidade de Uruçu, no município de São João do Cariri # Paraíba. O concentrado de dessalinização possui alta concentração de sais minerais (cloretos, carbonatos e bicarbonatos) que se reincorporado ao solo podem causar o fenômeno de eritrofização, erosão e salinização do solo. Por isso, diversas pesquisas têm sido realizadas de modo a encontrar soluções de reciclagem deste concentrado. Entre estas pesquisas, o cultivo de microalgas para a produção de biomassa com finalidade biotecnológica. O cultivo autotrófico de Chlorella vulgaris foi inicialmente mantido em Bold Basal Medium (BBM). Para fazer uso do concentrado de dessalinização, realizou-se a caracterização físico-química, determinada segundo metodologia descrita no Standard Methods for the Examination of Water and Wastewater - APHA (2005). Com a aplicação da Metodologia de Superfície de Resposta foi possível avaliar o efeito de três nutrientes: NaNO3, KH2PO4 e solução micronutriente nas concentrações estabelecidas pelo planejamento experimental. O meio de cultura proposto para maximizar a produção de biomassa de Chlorella vulgaris consistiu de 0,09 g L-1 de NaNO3, 0,014 g L-1 de KH2PO4 e 0,20 mL L-1 de solução micronutriente. Otimizado, o novo meio de cultura serviu de base para realizar um cultivo contínuo em fotobiorreator, com o objetivo de avaliar os teores de proteína e lipídeos totais que resultaram em 43,0 % e 9,5 %, respectivamente. A espécie Chlorella vulgaris apresentou predominância em três ácidos graxos: ácido linolênico (C18:3n3c); ácido palmítico (C16:0) e ácido linoléico (C18:2n6c), cujas proporções foram de 20,9 %; 20,5 %; 18,8 %, respectivamente. Estes ácidos graxos têm entre 14 e 18 carbonos na cadeia, sendo predominantemente poli-insaturados (39,7 %), saturados (25,7 %) e monoinsaturados (14,0 %). Adiante, com o novo meio de cultura realizou-se um cultivo sucessivo em biorreatores cônicos, a fim de avaliar a capacidade de reuso da solução contendo concentrado de dessalinização. Quatro foram os ciclos de cultivo. Para cada ciclo de cultivo, os valores de biomassa resultaram em 1° ciclo, 1,55 g L-1; 2° ciclo, 0,96 g L-1; 3° ciclo, 0,62 g L-1 e 4° ciclo em 0,42 g L-1. Neste trabalho foi observado que a biomassa de Chlorella vulgaris é fonte de ácidos graxos essenciais -3 e -6. Por fim, obteve-se um meio de cultivo alternativo e de baixo custo para o crescimento de Chlorella vulgaris / The aim of this study was to optimize a medium culture for the microalgae Chlorella vulgaris using the concentrate from desalination process of groundwater by reverse osmosis from a water desalination plant in the community of Uruçu, in São João do Cariri # Paraíba/Brazil. The desalination concentrate contains high mineral concentrations such as chlorides, carbonates and bicarbonates, which may increase the risk of soil salinization in the case of being reincorporated in the soil. Therefore, many studies have been performed in order to find solutions for recycling this waste. Autotrophic cultivation of Chlorella vulgaris was initially kept in Bold Basal Medium (BBM). In order to use the desalination concentrate, the physical-chemical parameters were determined according to the Standard Methods for the Examination of Water and Wastewater # APHA (2005). The Response Surface Methodology was used in order to evaluate the effect of three nutrients: NaNO3, KH2PO4 and micronutrient solution as determined by the experimental design. The culture medium proposed for maximizing the biomass production of Chlorella vulgaris consists of 0.09 g L-1 of NaNO3; 0.014 g L-1 of KH2PO4 and 0.20 mL L-1 of micronutrient solution. Once optimized, the new culture medium was used as the basis for performing a continuous cultivation in photobioreactors, in which the total protein and lipids resulted in 43 % and 9.5 %, respectively. The Chlorella vulgaris species produced, predominantly, three fatty acids: linolenic acid (C18:3n3c); palmitic acid (C16:0) and linolenic acid (C18:2n6c), whose contents were 20.9 %; 20.5 %; 18.8 %, respectively. These fatty acids present 14 to 18 carbons in the carbon chain, being mainly polyunsaturated (39.7 %), saturated (25.7 %) and monounsaturated (14.0 %). With the optimized culture medium, then, a continuous cultivation in bioreactors was carried out. After each cultivation period, the biomass was collected and the culture medium was used in the further cultivation cycles in order to evaluate the ability of reusing the solution containing the desalination concentrate. Four cultivation cycles were performed. The values of biomass resulted in 1° cycle, 1.55 g L-1; 2° cycle, 0.96 g L-1; 3° cycle, 0.62 g L-1 and 4° cycle, 0.42 g L-1. In this work, it was observed that the biomass of Chlorella vulgaris is a potential source of essential fatty acids -3 e -6. Finally, it was possible to obtain an alternative and low cost culture medium for the growth of Chlorella vulgaris

Submitted by Irene Nascimento (irene.kessia@ufpe.br) on 2017-04-10T17:20:12Z No. of bitstreams: 2 license_rdf: 1232 bytes, checksum: 66e71c371cc565284e70f40736c94386 (MD5) DISSERTAÇÃO -DAVI CAVALCANTI certa.pdf: 1682949 bytes, checksum: e88ff7ec323c0df6eb4f0102509ba5b3 (MD5) / Made available in DSpace on 2017-04-10T17:20:12Z (GMT). No. of bitstreams: 2 license_rdf: 1232 bytes, checksum: 66e71c371cc565284e70f40736c94386 (MD5) DISSERTAÇÃO -DAVI CAVALCANTI certa.pdf: 1682949 bytes, checksum: e88ff7ec323c0df6eb4f0102509ba5b3 (MD5) Previous issue date: 2016-02-23 / Capes / O crescimento da população mundial vem causando um aumento substancial na demanda por energia o que poderá causar em curto prazo uma crise energética, pois grande parte da energia consumida em todo mundo é proveniente de fontes não renováveis como o petróleo, já que sua prospecção e utilização tem causado grandes danos a natureza, impactando vários ecossistemas e colaborando com o aquecimento global. Por estes motivos, novas tecnologias para geração de energia limpa vêm sendo criadas. Um exemplo destas são as células a combustível, que são dispositivos que convertem energia química em elétrica. Porém esta tecnologia apresenta algumas limitações, como deficiências na transferência de elétrons, baixa geração de potência e altos custos associados a utilização de catalizadores metálicos, os quais aumentam os custos de implantação e dificultam sua utilização em larga escala. Visando superar estas limitações uma variação desta tecnologia foi desenvolvida, a chamada célula a combustível fotossintética. Neste tipo de célula a combustível, microalgas como a Chlorella vulgaris são utilizadas no compartimento catódico substituindo catalizadores químicos melhorando sua sustentabilidade e reduzindo os custos de implantação. As utilizações de cátodos de microalgas também colaboram com o sequestro de carbono da atmosfera, o convertendo em oxigênio e biomassa rica em metabolitos de grande valor comercial como amido e lipídios. No presente estudo a microalga C. vulgaris foi utilizada no compartimento catódico de uma célula a combustível fotossintética a fim de se analisar sua eficiência na produção de energia, sua capacidade de sequestrar o dióxido de carbono da atmosfera e seu acúmulo de materiais de reserva como amido e lipídios totais. Na primeira parte deste estudo a microalga C. vulgaris foi utilizada como aceptora de elétrons em um compartimento catódico, onde durante 10 dias de experimento foram avaliados a quantidade de CO2 capturada pelas células de algas (7mg/L de CO2), a composição da biomassa, Amido (3%) e Lipídios (70%) e parâmetros eletroquímicos como a Eficiência Coulômbica (CE = 33,1%) e densidade de corrente máxima (Idmax = 147 mA cm²). Em seguida esta condição foi submetida a um planejamento fatorial completo 2², onde as variáveis independentes, tempo de iluminação e a concentração de nitrogênio foram testadas sobre a produção de eletricidade e acúmulo de amido e lipídios. Durante os experimentos foi constatado que a iluminação é o fator que mais influi na geração de energia, onde foram obtidos valores de densidade de corrente máxima Idmax = 178 mA/cm² com uma eficiência coulômbica de 42,5%, além de uma acumulação máxima de amido de 38% e 77% de lipídios, demonstrando que a utilização de um cátodo fotossintético para produção de energia é viável e eficiente na produção de metabólitos com elevado valor comercial. / The global population growth has caused a substantial increase in demand for energy, which in short-term may cause an energy crisis, since much of the energy consumed throughout the world comes from non-renewable sources like oil. Besides its exploration and use cause great damage to the environment, affecting diverse ecosystems and contributing to global warming. For those reasons, are being created new technologies for clean energy generation. An example of these technologies is Fuel Cells, which are devices that convert chemical energy into electric. However, this technology has some limitations, such as defects in electron transfer, low power output and high costs associated with the use of metal catalysts, which increase deployment costs and hamper its use on a large scale. Aiming to overcome these limitations, a variation of this technology was developed, the so-called photosynthetic fuel cell. In this type of fuel cell, microalgae such as Chlorella vulgaris are used in the cathode compartment replacing chemical catalysts improving their sustainability and reducing deployment costs. The uses of microalgae cathodes also collaborate with carbon capture from the atmosphere, turning it into oxygen and biomass rich in metabolites of great commercial value as starch and lipids. In the current study the microalgae C. vulgaris was used in the cathode compartment of a photosynthetic fuel cell in order to analyze its energy production efficiency, their ability to sequester atmospheric carbon dioxide and its accumulation of reserve materials such as starch and total lipids. The first part of this study microalga C. vulgaris was utilized as an electron acceptor in a cathode compartment, which were analyzed during 10 days of experiment the amount of CO2 captured by the algae cells (7mg/L-1 of CO2), the composition of the biomass starch (3%) and lipids (70%) and electrochemical parameter as coulombic efficiency (CE = 33.1%) and the maximum current density (mA Idmax = 147 cm²). Then this condition was subjected to a complete factorial design 2² where the independent variables, illumination time and the concentration of nitrogen were tested on the production of electricity and accumulation of starch and lipids. During the experiments it was evidenced that enlightenment is the factor that most affects the power generation, which were obtained maximum current density values Idmax = 178 mA/cm² with a coulombic efficiency of 42.5%, and a maximum accumulation of 38% of starch and 77% of lipid, demonstrating that the use of a photosynthetic cathode for energy generation is feasible, and also in the production of metabolites with a high commercial value.

Submitted by Mario BC (mario@bc.ufrpe.br) on 2018-02-21T12:25:06Z No. of bitstreams: 1 Priscilla Celes Maciel de Lima.pdf: 624051 bytes, checksum: d9a1b02edcd4c5b2305b916e642bf19e (MD5) / Made available in DSpace on 2018-02-21T12:25:07Z (GMT). No. of bitstreams: 1 Priscilla Celes Maciel de Lima.pdf: 624051 bytes, checksum: d9a1b02edcd4c5b2305b916e642bf19e (MD5) Previous issue date: 2017-07-21 / Conselho Nacional de Pesquisa e Desenvolvimento Científico e Tecnológico - CNPq / Coordenação de Aperfeiçoamento de Pessoal de Nível Superior - CAPES / Among the production systems in aquaculture, the intensive system with bioflocs has been highlighting. Considering the great potential of this system for the cultivation of tilapia, the objective of this work was to evaluate the effect of the addition of microalgae (Chlorella vulgaris) and molasses quantity on the water quality, zootechnical performance, centesimal composition and hematological profile of Nile tilapia fingerlings grown in low salinity (10 g L-1). Fingerlings of Oreochromis niloticus with an average weight of 3.15 ± 0.5g were used, they were distributed in 12 rectangular boxes with an usable volume of 50 liters (0.05 m3) at a density of 680 fish m-3, in a factorial design (addition of microalgae and amount of molasses), making four treatments, being: two of them with molasses in the amount of 30% of the feed offered, BFT-30 (without C. vulgaris) and BFT-C30 (with C. vulgaris), and two with molasses in the amount of 50% of the feed offered, BFT-50 (without C. vulgaris) and BFT-C50 (with C. vulgaris), with three replicates each. The study lasted 70 days, during which time the molasses were added daily and the microalga was inoculated every five days to leave the experimental units in the concentration of 5x104 cell mL-1. At the end, the final weight, final length, specific growth rate, survival, feed conversion factor, protein efficiency rate, water consumption, sedimentation use and hematological profile showed significant differences (p≤0.05) when the effect of the amount of molasses addition was evaluated, as well as the combination of factors. The effect of the level of molasses addition was significant for most variables, while the addition of microalga was significant only for water consumption, planktonic community and mean corpuscular volume. The treatments with lower molasses addition (30%) presented better results, due to the fact that in the treatments with more molasses addition (BFT-50 and BFTC50) higher values of sedimentable solids were found (>50 mL L-1), which probably affected negatively the zootechnical performance of the animals. Therefore, the use of culture systems with bioflocs is a good option for production of Nile tilapia fingerlings, however, it is suggested a low rate of molasses addition in the culture system. / Entre os sistemas de produção aquicola, o sistema intensivo com bioflocos vêm se destacando. Considerando o grande potencial deste sistema para o cultivo de tilápia, objetivou-se avaliar o efeito da adição de microalga (Chlorella vulgaris) e da quantidade de melaço na qualidade de água, desempenho zootécnico, composição centesimal e perfil hematológico de alevinos de tilápia do nilo cultivados em baixa salinidade (10 g L-1). Foram utilizados alevinos de Oreochromis niloticus com peso médio de 3,15 ± 0,5g, distribuídos em 12 caixas retangulares com volume útil de 50 litros (0,05 m3) na densidade de 680 peixes m-3, em um delineamento fatorial (adição de microalga e quantidade de melaço), perfazendo quatro tratamentos, sendo eles: dois com melaço na quantidade de 30% da ração ofertada, BFT-30 (sem C. vulgaris) e BFTC30 (com C. vulgaris), e dois com melaço na quantidade de 50% da ração ofertada, BFT-50 (sem C. vulgaris) e BFT-C50 (com C. vulgaris), com três repetições cada. O estudo teve duração de 70 dias, nesse período o melaço foi adicionado diariamente e a microalga foi inoculada a cada cinco dias para deixar as unidades experimentais na concentração de 5x104 células mL-1. Ao final, o peso final, comprimento final, taxa de crescimento específico, sobrevivência, fator de conversão alimentar, taxa de eficiência proteica, consumo de água, uso de sedimentador e perfil hematológico apresentaram diferenças significativas (p≤0,05) quando avaliado o efeito da quantidade de adição de melaço, assim como a combinação dos fatores. O efeito do nível da adição de melaço foi significativo para a maioria das variáveis, enquanto que a adição da microalga foi significativa apenas para consumo de água, comunidade plânctonica e volume corpuscular médio. Os tratamentos com menor adição de melaço (30%) apresentaram melhores resultados, devido ao fato de que nos tratamento com maior adição de melaço (BFT-50 e BFT-C50) encontrou-se maiores valores de sólidos sedimentáveis (>50 mL L-1), que provavelmente afetou negativamente o desempenho zootécnico dos animais. Portanto, a utilização de sistemas de cultivo com bioflocos é uma boa opção para produção de alevinos tilápia, contudo, sugere-se uma baixa taxa de adição de melaço no sistema de cultivo.

Uran kann sowohl durch geogene als auch anthropogene Vorgänge in die Umwelt gelangen. Dazu zählen natürliche Uranerzvorkommen und deren Leaching sowie die Auswaschung von Uran aus den Hinterlassenschaften des ehemaligen Uranerzbergbaus. Die Aufklärung des Verhaltens von Uran in der Geo- und Biosphäre ist für eine Risikoabschätzung des Migrationsverhaltens von Radionukliden in der Umwelt notwendig. Algen sind in der Natur weit verbreitet und die wichtigste Organismengruppe in den aquatischen Lebensräumen. Durch ihre ubiquitäre Verbreitung in der Natur ist ihr Einfluss auf das Migrationsverhalten von Uran in der Umwelt von grundlegendem Interesse z.B. um effektive und wirtschaftliche Remediationsstrategien für Wässer zu entwickeln. Außerdem stehen Algen am Beginn der Nahrungskette und spielen eine wirtschaftlich relevante Rolle als Nahrung beziehungsweise Nahrungsergänzungsmittel. Die Möglichkeit des Transfers von algengebundenem Uran entlang der Nahrungskette könnte eine ernsthafte Gesundheitsgefahr für den Menschen darstellen. Das Ziel dieser Arbeit war die quantitative und strukturelle Charakterisierung der Wechselwirkung zwischen Uran(VI) und der Grünalge Chlorella vulgaris im umweltrelevanten Konzentrations- und pH-Wertbereich unter besonderer Berücksichtigung der Stoffwechselaktivität. Die in dieser Arbeit erzielten Ergebnisse der Sorptionsexperimente zeigen deutlich den maßgeblichen Einfluss des Stoffwechselstatus von Chlorella auf die Wechselwirkung mit Uran. So kann in Gegenwart von umweltrelevanten Urankonzentrationen eine Remobilisierung von zuvor passiv gebundenem Uran durch die stoffwechselaktiven Algen erfolgen. Die in Abhängigkeit von der Stoffwechselaktivität, der Urankonzentration und dem pH-Wert mit den Algenzellen gebildeten Uran(VI)-Komplexe wurden strukturell mit Hilfe der spektroskopischen Methoden TRLF-, EXAFS- und ATR-FTIR-Spektroskopie charakterisiert. Mittels TEM konnte Uran in Form von 30-70 nm großen nadelförmigen Ablagerungen in der Zellwand der lebende Algenzellen nachgewiesen werden. Die in dieser Arbeit erhaltenen Ergebnisse leisten einen wichtigen Beitrag zur Vorhersage des Migrationsverhaltens von Uran unter umweltrelevanten Bedingungen und der radiologischen Risikobewertung von geogen und anthropogen auftretendem Uran.

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Made available in DSpace on 2016-06-02T19:32:07Z (GMT). No. of bitstreams: 1 5046.pdf: 1658349 bytes, checksum: a29e678386c15bfb307df8abcd53cc26 (MD5) Previous issue date: 2013-02-23 / Universidade Federal de Minas Gerais / Effluents from sewage treatment plants usually have high concentration of inorganic nutrients such as nitrogen (N) and phosphorus (P), which can be used for algal growth. Due to this possibility, the use of such wastewater can become a strategy for reducing the cost of microalgae production and/or reduction of costs in sewage treatment plants. This would result in the reduction of coliform bacteria and nutrients thereby improving the quality of effluent to be discharged. This research aimed to monitor the native community of microalgae and coliform bacteria from wastewater produced from anaerobic treatment of municipal sewage. Two bioassays were performed, an aerated and a non-aerated. Five liters samples of the wastewater were incubated in a greenhouse with semi-controlled environment using batch mode. The results showed no significant variation in pH for any of the bioassays. A reduction of 99.9% of colony forming units (CFU/mL) of both total coliforms and Escherichia coli was obtained after short period incubation. The concentrations of nutrients (N and P) decreased in the aerated bioassay, but not in the non aerated one. The growth curve of microalgae community presented an initial adjustment/adaptation phase only in the aerated bioassay, whereas in the nonaerated, microalgae growth was exponential since the beginning of incubation. The microalgae Chlorophyceae Chlorella vulgaris was dominant in the phytoplankton community in both bioassays coming to 99% of the total biomass. In the aerated bioassay, 12 taxa distributed into five classes were present (Chlorophyceae, Cyanophyceae, Chrysophyceae, Bacillariophyceae and Euglenophyceae), whereas in the non-aerated, only three classes were identified (Chlorophyceae, Cyanophyceae and Euglenophyceae), with 6 taxa. We conclude that the anaerobic sewage effluent supported algal growth, mainly the Chlorophyceae Chlorella vulgaris and improved the anaerobic sewage treatment wastewater quality, reducing their potential for eutrophication. We also conclude that effluent aeration is most useful when the objective is the production of microalgae and nutrients reduction. / Os efluentes de estações de tratamento de esgoto apresentam elevada concentração de nutrientes inorgânicos, como nitrogênio (N) e fósforo (P), que podem ser usados para o crescimento algal. Dada à essa possibilidade, o uso desse resíduo pode tornar-se uma estratégia para a redução dos custos de produção de microalgas e/ou abatimento de gastos em estações de tratamento de esgoto. Isso teria como consequência a redução dos nutrientes e de bactérias coliformes no efluente, melhorando assim sua qualidade antes do descarte final. Esta pesquisa teve como objetivo principal monitorar a comunidade de microalgas nativas e bactérias coliformes em efluente resultante de tratamento anaeróbio de esgoto municipal. Foram realizados 2 bioensaios, um aerado e outro não aerado em amostras de 5 L incubadas em casa de vegetação com ambiente semicontrolado. Os resultados mostraram que não houve variação significativa do pH para qualquer um dos bioensaios. Detectou-se redução de 99,9% de unidades formadoras de colônias (UFC/mL) tanto de coliformes totais, quanto Escherichia coli. O bioensaio aerado apresentou redução nas concentrações de nutrientes (N e P). A curva de crescimento da comunidade de microalgas apresentou uma fase de adaptação inicial apenas no bioensaio aerado, enquanto que no não aerado, o crescimento foi exponencial desde o início da incubação. Chlorella vulgaris foi a microalga dominante na comunidade fitoplanctônica em qualquer um dos bioensaios (99% do total). No bioensaio aerado, 12 táxons distribuídos em 5 classes algais estiveram presentes (Chlorophyceae, Cyanophyceae, Chrysophyceae, Euglenophyceae e Bacillariophyceae), enquanto que no não aerado, apenas 3 classes foram identificadas (Chlorophyceae, Cyanophyceae e Euglenophyceae), com 6 táxons. Dos resultados obtidos, conclui-se que o efluente de esgoto anaeróbio suportou o crescimento algal, principalmente da Chlorophyceae Chlorella vulgaris, que melhorou a qualidade do efluente, reduzindo seu potencial de eutrofização. Conclui-se ainda que a aeração do efluente é indicada quando se objetiva, além da produção de microalgas, a redução de nutrientes.

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<p>Owing to the rise in fossil fuel prices, overall energy security concerns, and the current push towards green engineering; renewable and green fuels have seen an increase in interest in recent years. Two notable technologies in this green movement are the production of biodiesel from microalgae and the production of biogas from anaerobic digestion of waste biomass. Production of biodiesel from microalgae was studied extensively in the 80s through the early 90s and found to be economically infeasible given the technology of the time. However, recent literature has suggested that one possible method to improve the feasability of the process would be to combine it with an anaerobic digestor to provide nutrient and biomass recycling. For such a system, having accurate models of each process would be highly advantageous for optimal design and control. To this end this thesis moves towards this overall goal by examining and modelling the anaerobic digestion of the microalgae <em>Chlorella vulgaris</em>.</p> <p>Starting with a set of experimental data (anaerobic digestion of <em>Chlorella vulgaris</em>) provided by LBE-INRA, the minimum number of kinetic equations needed to predict the data are found using principal component style analysis. This number is found to be two to three reactions. Using this as a basis for model development, a mass balance model is developed around both two and three reaction cases. To date there is very little literature on the modelling of anaerobic digestion of microalgae and so kinetic laws are selected from the general anaerobic digestion models ``Anaerobic Digestor Model 1'' (ADM1) and ``Acidogenesis/Methanogenisis Model'' (AM2). Given that the kinetic laws were derived from general literature, model fitting is a must. To faciliate this process a novel systematic parameter identification procedure to locate identifiable parameter subsets within each model is presented. Applying this novel procedure to the provided data is seen to lead to promising identification results. Through these identification trials it is shown that the three reaction model best captures the dynamics of the system. This three reaction model serves as the basis for subsequent steady state optimality and sensitivity analysis. From these efforts it is shown that the predicted optimal curves match literature data very well but uncertainty in certain key parameter estimates lead to highly sensitive model predictions (and therefore low confidence). This leads to the conclusion that the developed model is capable of predicting the kinetics of <em>Chlorella</em> digestion but additional trials are needed to further refine the model fitting results.</p> <p>Coupling an anaerobic digester to a microalgal culture is currently considered one of the most promising avenues towards the production of renewable bioenergy, either in the form of biodiesel or biogas. Accurate mathematical models are crucial tools to assess the potential of such coupled biotechnological processes and help optimize their design, operation and control. This paper focuses on the compartment of anaerobic digestion of microalgae. Using experimental data for the anaerobic digestion of <em>Chlorella vulgaris</em>, a grey-box model is developed that allows good prediction capabilities and retains low complexity. The proposed methodology proceeds in two steps, namely a structural and a parametric identification steps. The fitted model is then used to conduct preliminary optimization for the production of biogas from <em>Chlorella vulgaris</em>. The results provide some insight into the potential for bioenergy production from the digestion of microalgae and, more generally, the coupled process.</p> / Master of Applied Science (MASc)

Dans le cadre de la protection de l'environnement, l'eau et l'atmosphère sont deux milieux particulièrement surveillés. La réglementation impose la détection et le dosage d'une liste de produits mais les besoins analytiques sont considérables. Les méthodes biotechnologiques présentent l'avantage d'indiquer l'impact du produit sur la matière vivante. Ces méthodes sont mises en œuvre au laboratoire ou sur site. La détection d'une toxicité globale ou ciblée, <i>in situ</i> et en temps réel, est privilégiée. Les biocapteurs sont des outils répondant à cette attente. Au cours de l'étude, deux biocapteurs, l'un ampérométrique, l'autre fluorimétrique sont conçus. Tous deux intègrent le même biorécepteur, <i>Chlorella vulgaris</i>. Une nouvelle méthode d'immobilisation des micro-algues est mise au point. Elle permet d'obtenir des lots de membranes reproductibles, fonctionnelles 7 jours, donnant une réponse <i>in vivo</i> à valeur statistique, réutilisables et conservables. Des essais conduits sur des thylakoïdes extraits des cellules végétales ne donnent pas d'aussi bons résultats. L'association des membranes algales avec les deux types de transducteur montre que <i>Chlorella vulgaris</i> est sensible à des produits divers : herbicides, métaux, solvants. Les limites de détection pour des herbicides sont particulièrement basses, inférieures aux normes. Pour plusieurs produits testés, des courbes d'étalonnage sont données. Les deux types de biocapteur fonctionnent en milieu aqueux, en mode batch et en mode flux. Le biocapteur de fluorescence algale à fibres optiques possède des qualités de reproductibilité et de maniabilité plus intéressantes que le biocapteur ampérométrique. Le biocapteur de fluorescence est testé sur des lixiviats de bois, solutions naturelles complexes ; le biocapteur ampérométrique est adapté à l'utilisation en phase gazeuse, il détecte alors le méthanol vapeur et le perchloroéthylène en aérosol. Une autre partie de l'étude consiste à caractériser l'impact des toxiques sur <i>Chlorella vulgaris</i>. L'analyse est conduite en microscopie électronique à balayage et en microscopie optique couplée à l'analyse d'images. Ces deux méthodes originales restent à perfectionner. Les résultats de nos essais préliminaires semblent encourageants pour la détection du produit toxique et l'accès à son mécanisme d'action.